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SLA 3D打印的后固化

创建时间: 01/10/2019



A 3D Printed Prototype sitting in a ProtoFab UV furnace
位于ProtoFab UV炉中的3D打印原型


后固化是SLA印刷的一个阶段,经常被忽视,但它可以极大地影响印刷部件的最终性能。后固化不是一刀切的过程。在决定不同材料和零件尺寸的后固化长度时,需要具备技能和经验。对于某些部件,后固化是必不可少的,而对于其他部件,它根本不重要。让我们仔细看看SLA后固化背后的科学,并讨论为什么重要的是要做到正确。

什么是后固化?

在SLA印刷期间,树脂的特定区域暴露于激光,使其固化。一旦该过程完成,整个部件将被固化,因此可能不完全清楚为什么需要后固化。要回答这个问题,我们必须了解光敏树脂的特性以及它如何从液体转变为固体。在液态时,树脂由许多与光引发剂混合的未键合单体组成。将该混合物暴露于来自激光的强UV光导致光引发剂反应并使单体键合在一起并形成聚合物。这是主要的固化阶段。固化树脂是交联的大分子,这意味着它的每个部分都直接连接到它的每个其他部分。然而,在印刷之后,仍然会有许多部分在它们可能的程度上不交联,这会影响拉伸强度和其它性能。紫外线可用于完成分子键合,并确保可以制造的每个交联。

出于后固化的目的,太阳实际上不是紫外光源。许多使用消费者SLA打印机的业余爱好者只需将印刷部件放置在阳光下一段时间,即可完成工作。然而,在更专业的环境中,通常使用UV烤箱是标准做法,UV烤箱更易于控制。

为什么要后固化?

后固化不仅使部件更坚固,而且使其更稳定。在部件中含有未反应的光引发剂和未键合的聚合物将意味着其状态在印刷后可能会持续改变很长时间,特别是当暴露在阳光下时。对于需要精确的部件,例如牙科插入物,这是完全不可接受的。如果未经适当的后固化,未涂漆的部件在暴露在阳光下时也可能会改变颜色。这通常是SLA树脂的问题,但如果部件固化不足则会更加明显。

然而,后固化的主要原因通常是增加拉伸强度并消除任何表面粘性。一些印刷材料在后固化之前可能略微柔软,而较弱的部分可能会下垂或下垂,影响准确性。

还有一个安全问题,因为未固化的树脂对人体有毒。如果没有完全固化的部件是用裸露的皮肤处理的,则可能存在刺激或其他问题,特别是如果处理者的手指后来与他们的嘴接触。后固化部件具有使树脂完全稳定且触摸安全的效果。

Cured 3D printing prototype
完全固化的3D打印部件

固化的化学

固化受到热和光的影响。热量增加了交联聚合物网络中的能量并在分子水平上引起更多的运动。能量和迁移率的这种增加使得反应性基团更容易彼此接触并且更容易进行键合。

然而,UV光是后固化所需的主要成分。虽然该设备被称为烤箱或炉子,但实际上内部的温度根本不高,并不比晒黑床温度高。 SLA印刷中使用的树脂是光敏的,并且将其暴露在光下会引起反应。如上所述,在印刷的原始固化阶段期间,不是所有可以制造的粘合剂都被制成,因此需要刺激进一步的反应。当在后固化期间暴露于UV光时,形成自由基,其与附近的基团键合并产生聚合。

Large automotive part going through post-curing
大型汽车零件经过后固化

正确的光

然而,情况并非如此,您提供的光越多,过程将越快或材料变得越强。更重要的是与部件形成的树脂相关的光的波长。光敏树脂被设计成对某些波长的光起反应,并且在后固化中使用不同的波长会产生不理想的结果。这就是为什么专业3D打印团队使用专业设备进行后固化的原因之一。在ProtoFab的情况下,我们的树脂使用波长为355 nm的光进行最佳固化。如果使用其他供应商的树脂,则该值将不同。例如,Formlabs的树脂使用405 nm紫外光可以最佳地固化。如果您已经使用ProtoFab提供的树脂,这是使用ProtoFab自己的UV烤箱的一个非常好的理由。使用其他类型的UV烤箱或UV指甲油固化剂将促进一定程度的额外固化,但不会释放材料的最大机械性能。

使用太阳或非专业设备的另一个问题是固化不均匀。除非你不断地旋转太阳,否则太阳会比另一侧发出更多的光芒,指甲油的治疗器也是如此,它只能从顶部投射光线。专业固化炉通常具有完全围绕部件的旋转平台或UV灯泡,以确保均匀固化。

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ProtoFab UV炉免费提供每个打印机销售

哪些部件需要最后固化?

树脂有许多不同的类型,具有多种特性。正如您所料,这对后固化有影响。强度特别低或柔韧性高的材料通常不需要后固化,或者仅需要非常少量的材料。这种材料的过度固化会降低柔韧性并导致它们变脆。另一方面,专门针对其强度或刚性选择的材料将需要最大程度的后固化以确保这些性能得到增强。

标准SLA材料(例如ABS类树脂)需要后固化,尽管它不需要特别长的时间。在ProtoFab,我们通常在我们的固化炉中对ABS类材料进行后固化约20分钟。透明材料需要的时间稍短,大约需要10-15分钟。 ProtoFab的树脂通常都需要一定程度的后固化,只有在不寻常的情况下,我们才选择不进行任何后固化。

在决定后固化的长度时,部件的尺寸也是考虑的重要因素。非常大的部件在烤箱中需要更长的时间,而小部件将在几分钟内进出。这就是经验的重要性所在。经验丰富的技术人员将了解不同材料和尺寸零件的完美后固化量,确保所有印刷零件的机械性能保持一致。

3d printed product model
较小的部件通常需要较少的时间进行后固化

提高强度和质量的简便方法

完成后固化是提高SLA部件质量的快速而简单的方法。甚至稍微不完全固化的部件存在一系列问题,并且具有比适当的后固化部件低得多的拉伸强度。对于印刷较软或更柔软材料的部件,您可能需要更加小心,但绝大多数SLA材料将通过在固化炉中花费一些时间来显着改善。

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使用柔性材料对零件进行后固化应小心谨慎

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